3 подписчика

Технология 3D-печати

29 ноября 201729 ноя 2017

11 мин

Оглавление

Существующие технологии
Применение технологии
Приложения

Несмотря на то, что эта технология с нами уже несколько лет, 3D-печать продолжает находить для себя новые сферы применения. Так как технология становится дешевле и доступнее для широких масс, устройства для 3D-печати потихоньку становятся неотъемлемой частью современного общества. Медицина, космос, дизайн, транспортные сферы — все так или иначе начинают чаще пользоваться данной технологией и получать от этого существенные преимущества.

Будь то биопечать продуктов для медицинских целей или печать материалов и различных механических частей, используемых, например, в двигателях или же в новых космических разработках — за 3D-печатью будущее. Пройдет совсем немного времени до того момента, как люди сами будут способны создавать себе дома, велосипеды и даже автомобили.

Существующие технологии

Лазерная стереолитография — объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя. Также существует вариация данной технологии — SLA-DLP, в которой вместо лазера используется DLP-проектор (в это случае слой формируется сразу целиком, что позволяет ускорить процесс печати).

Селективное лазерное спекание — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения пустот порошком. Для уменьшения необходимой для спекания энергии температура рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде.

Электронно-лучевая плавка — аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме[1][2][3]. Крупногабаритная 3D-печать деталей из тугоплавких металлов по технологии EBAM компании Sciaky[12].

Моделирование методом наплавления — объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся в экструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя таким образом текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой[1][2][3]. Часто в данной технологии участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.

Изготовление объектов с использованием ламинирования — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое. За счет отсутствия пустот данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, однако удаление лишнего материала (обычно его разделяют на мелкие кусочки) в некоторых ситуациях может вызывать затруднения.

3D Printing (3DP) — аналогична технологии SLS, только здесь не используется плавление: объект формируется из порошкового материала путём склеивания, с использованием струйной печати для нанесения жидкого клея. Данная технология позволяет производить цветное моделирование за счет добавления в клей красителей (непосредственно во время печати), или за счет использования нескольких печатающих головок с цветным клеем.

Применение технологии

Для быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.
Для быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства.
Изготовление моделей и форм для литейного производства.
Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами Porsche при изучении тока масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке.
Производство различных мелочей в домашних условиях.
Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например, беспилотный самолёт Polecat[en] компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
Разработки университета Миссури, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии — выращивание полноценных органов.
В медицине, при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа, костей, хрящевые ткани). Ведутся эксперименты по печати донорских органов. Также для производства медикаментов. FDA одобрило таблетку, производимую с помощью 3D-печати.
В медицине Американское управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration — FDA) в 2015 году одобрило производство таблетки с помощью 3D-печати. Новое лекарство Spritam разработано компаний Aprecia Pharmaceuticals и предназначено для контроля судорожных приступов при эпилепсии. Компания планирует вывести Spritam на рынок в первом квартале 2016 года.
Для строительства зданий и сооружений.
Для создания компонентов оружия (Defense Distributed). Существуют эксперименты по печати оружия целиком.
Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили, телефоны, радио-электронное оборудование)
Пищевое производство.

Приложения

После создания 3D-модели используются САПР-системы, поддерживающие управление 3D-печатью. В большинстве случаев для печати используют формат файла STL, а также в некоторых случаях XYZ. Практически все принтеры имеют свой собственный софт для управ

Рынок 3D-печати будет расширяться, на данный нет видимых ограничений по его развитию. При этом развиваться будет как сфера оказания услуг, так и сфера производства оборудования и расходных материалов. Также прогнозируется развитие 3D-печати в профессиональных сегментах и постепенное насыщение рынка персональных и полупрофессиональных устройств.

Использованы материалы с сайтов: wikipedia.org, it-weekly.ru, hi-news.ru

Существующие технологии

Лазерная стереолитография — объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя. Также существует вариация данной технологии — SLA-DLP, в которой вместо лазера используется DLP-проектор (в это случае слой формируется сразу целиком, что позволяет ускорить процесс печати).
Селективное лазерное спекание — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения пустот порошком. Для уменьшения необходимой для спекания энергии температура рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде.
Электронно-лучевая плавка — аналогична технологиям SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме[1][2][3]. Крупногабаритная 3D-печать деталей из тугоплавких металлов по технологии EBAM компании Sciaky[12].
Моделирование методом наплавления — объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся в экструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя таким образом текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой[1][2][3]. Часто в данной технологии участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.
Изготовление объектов с использованием ламинирования — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое. За счет отсутствия пустот данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, однако удаление лишнего материала (обычно его разделяют на мелкие кусочки) в некоторых ситуациях может вызывать затруднения.
3D Printing (3DP) — аналогична технологии SLS, только здесь не используется плавление: объект формируется из порошкового материала путём склеивания, с использованием струйной печати для нанесения жидкого клея. Данная технология позволяет производить цветное моделирование за счет добавления в клей красителей (непосредственно во время печати), или за счет использования нескольких печатающих головок с цветным клеем.

Применение технологии

Для быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.
Для быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства.
Изготовление моделей и форм для литейного производства.
Конструкция из прозрачного материала позволяет увидеть работу механизма «изнутри», что в частности было использовано инженерами Porsche при изучении тока масла в трансмиссии автомобиля ещё при разработке.
Производство различных мелочей в домашних условиях.
Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например, беспилотный самолёт Polecat[en] компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
Разработки университета Миссури, позволяющие наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа. Развитие данной технологии — выращивание полноценных органов.
В медицине, при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа, костей, хрящевые ткани). Ведутся эксперименты по печати донорских органов. Также для производства медикаментов. FDA одобрило таблетку, производимую с помощью 3D-печати.
В медицине Американское управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (Food and Drug Administration — FDA) в 2015 году одобрило производство таблетки с помощью 3D-печати. Новое лекарство Spritam разработано компаний Aprecia Pharmaceuticals и предназначено для контроля судорожных приступов при эпилепсии. Компания планирует вывести Spritam на рынок в первом квартале 2016 года.
Для строительства зданий и сооружений.
Для создания компонентов оружия (Defense Distributed). Существуют эксперименты по печати оружия целиком.
Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили, телефоны, радио-электронное оборудование)
Пищевое производство.